[Kreatives Kultivierungsprogramm] Wie kann man die „hitzige“ Lithiumbatterie zähmen?

Man kann sagen, dass Lithiumbatterien ein Großprojekt der modernen Zivilisation sind. Wenn Sie zählen, wie viele Dinge mit Lithiumbatterien in Ihrer Umgebung sind, werden Sie dies besser verstehen. Wenn Lithiumbatterien jedoch unkontrolliert freigesetzt werden, werden sie sofort zum Teufel. Brände, Explosionen und Giftgase waren einfach entsetzlich. Immer wieder hören wir von Unfällen, die durch Lithiumbatterien verursacht wurden. Beispielsweise kann ein Elektrofahrrad, das ursprünglich auf der Straße gefahren wurde, in der nächsten Sekunde plötzlich in Flammen aufgehen und so wird aus einem Werkzeug, das uns zurück in einen sicheren Hafen bringt, eine tödliche Waffe, die Leben kostet. Es kommt auch vor, dass Elektrofahrzeuge versehentlich in Aufzügen explodieren oder beim Laden von Elektrofahrzeugen versehentlich Brände verursachen usw.

Warum sind Lithiumbatterien so anfällig für Entflammbarkeit und wie können wir sie nicht entflammbar machen? Lassen Sie uns heute darüber sprechen.

Tatsächlich ist Lithium ein sehr aktives Metall. Wie aktiv ist es? Es ist so aktiv, dass alles, womit es in Berührung kommt, brennt, weil es heftig mit Wasser reagiert und Wasserstoff erzeugt. Wasserstoff ist kein leicht zu verbrennender Brennstoff und selbst ein hitziger Brennstoff. Wenn es also zu einer Selbstentzündung kommt, ist das, als würde man Öl ins Feuer gießen, das immer heftiger brennt, bis es von selbst ausbrennt. Aus diesem Grund mussten wir, obwohl Edison die Lithiumbatterie vor über 100 Jahren erfand, bis in die 1990er Jahre warten, bis wir sie tatsächlich nutzen konnten. Denn zuvor hatten die Menschen keine Möglichkeit, dieses Biest zu zähmen.

Wie wurde es später gezähmt? Tatsächlich wurde es nicht gezähmt, aber die Wissenschaftler erkannten es plötzlich. Obwohl Ihr Lithiummetall sehr leistungsstark ist, kann ich es trennen und in unabhängige Lithiumionen umwandeln. Kann man noch so arrogant sein? Und tatsächlich, es ist weg.

Wenn wir jetzt also von Lithiumbatterien sprechen, meinen wir eigentlich Lithium-Ionen-Batterien. Dieser Batterietyp enthält kein metallisches Lithium. Das Material der positiven Elektrode ist üblicherweise eine lithiumhaltige Metallverbindung, und das Material der negativen Elektrode ist üblicherweise Graphit. Die beiden sind durch den Elektrolyten verbunden, aber durch eine Membran blockiert. Sowohl das Verbinden als auch das Blockieren sind aus folgenden Gründen wichtig:

Wir können uns sowohl die positiven als auch die negativen Elektroden als ein speziell für Lithium-Ionen gebautes Hotel vorstellen. Beim Laden der Batterie werden Lithiumionen aus der positiven Elektrode ausgetragen, passieren den Elektrolyten und melden sich an der negativen Elektrode an. Er hat jedoch nicht vor, das Gepäck mit sich herumzutragen, da dies seine Belastung erhöhen würde. Dieses Gepäckstück ist also eigentlich ein von ihm freigesetztes Elektron, das vom äußeren Stromkreis zum Minuspol wandert.

Beim Entladen läuft der Prozess umgekehrt ab: Die an der negativen Elektrode befindlichen Lithiumionen werden entladen und kehren allein durch den Elektrolyten zur positiven Elektrode zurück, während ihr Gepäck, die Elektronen, erneut den äußeren Stromkreis durchlaufen und ihnen zurück zum Ausgangspunkt folgen müssen.

Dieser Vorgang erzeugt elektrischen Strom, der uns hilft, den Motor anzutreiben und das Telefon zum Leuchten zu bringen. Es sieht harmonisch aus, oder? Diese hin- und herbeweglichen Lithium-Ionen scheinen sich sehr langsam zu bewegen und stellen keinerlei Gefahr dar. Ja. Der Grund, warum sie keine Gefahr darstellen, liegt hauptsächlich am Zwerchfell.

Unterschätzen Sie dieses Material nicht. Obwohl es die Leistung nicht erhöht, ist es das Herzstück von Lithiumbatterien. Denn es isoliert die Plus- und Minuspole während des Lade- und Entladevorgangs der Lithiumbatterie, verhindert das Auftreten von Kurzschlüssen, verhindert die Entstehung von anormaler Hitze und verhindert, dass die Lithiumionen ihre gewalttätige Natur wieder aufnehmen und eine Verbrennung oder sogar Explosion verursachen. Man kann sagen, dass die Membran eine explosionssichere Wand im Inneren der Lithiumbatterie ist.

An dieser Stelle können Sie wahrscheinlich die unvermeidliche Ursache gefährlicher Probleme mit Lithiumbatterien erraten: Überhitzung.

Obwohl die Entwickler von Lithiumbatterien große Anstrengungen unternommen haben, die Sicherheit zu verbessern, können externe oder interne Faktoren wie Überladung, Kurzschlüsse, Kollisionen usw. immer noch dazu führen, dass die Batterie überhitzt, durchbrennt und explodiert. Wenn beispielsweise zu viele überladene Lithiumionen von der positiven zur negativen Elektrode fließen, dort aber kein Platz für ihre Unterbringung vorhanden ist, können sie sich nur außerhalb des Hotels sammeln. Eine solche Aggregation oder Ablagerung führt zum kontinuierlichen Wachstum von Lithiumdendriten, die dann die Membran durchstoßen, lokale Kurzschlüsse verursachen und große Mengen an Wärme freisetzen, was eine Gefahr darstellt. Ein Kurzschluss ist beispielsweise direkter. Bei unsachgemäßer Verwendung oder einer privaten Veränderung der Schaltung kann es nach einem Kurzschluss zu einer ungewöhnlichen Erwärmung des Akkus kommen. Beispielsweise kann bei einem Aufprall durch äußere Krafteinwirkung die innere Struktur einer Lithiumbatterie beschädigt werden, insbesondere die Barrierefunktion der Membran, was zu einem Kurzschluss und einer Erwärmung führen kann, die zu einer Verbrennung führt.

Ein weiterer, tatsächlich ziemlich wichtiger Punkt ist, dass die unterschiedlichen verwendeten Materialien der positiven Elektroden auch die Toleranz der Batterie gegenüber hohen Temperaturen beeinflussen.

Generell gilt in der Molekülformel von Lithiumverbindungen: Je höher der Lithiumgehalt, desto niedriger ist die für die Zersetzungsreaktion oder anders ausgedrückt: die Verbrennung erforderliche Temperatur. Beispielsweise zersetzen sich ternäre Lithiummaterialien bei 200 Grad Celsius, während sich Lithiumeisenphosphat bei etwa 800 Grad Celsius zersetzt. Im Vergleich ist Letzteres sicherer als Ersteres. Dem widerspricht jedoch, dass erstere mehr Lithium enthalten, die Energiedichte der Batterie also höher ist und die Batterielebensdauer bei gleichem Gewicht deutlich länger ist. Man sieht, dass es Perfektion eigentlich nicht gibt.

Um die Sicherheit zu gewährleisten, müssen wir einerseits den gesunden Menschenverstand der oben genannten Batterien verstehen und andererseits unseren eigenen gesunden Menschenverstand hinsichtlich der sicheren Verwendung stärken.

Autor: Gan Shudong

Rezensent: Liu Xinhua